一种ＧａＡｓ基半导体激光器的腔面钝化方法技术

本发明专利技术公开了一种ＧａＡｓ基半导体激光器的腔面钝化方法，包括：将解理好的激光器ｂａｒ条放入硫化氨溶液中浸泡，对激光器ｂａｒ条进行钝化处理，并在激光器ｂａｒ条的前腔面和后腔面上沉积一层硫钝化层；用去离子水冲洗ｂａｒ条，并用丙酮、异丙醇脱水后再用氮气吹干，然后装上镀膜架，放入ＭＯＣＶＤ仪器中；对ＭＯＣＶＤ仪器抽真空，开烘烤加热，并通入保护气体；先升高衬底温度，将硫钝化层中的非晶硫层升华，然后通入生长源，在硫饨化层上外延生长一层ＺｎＳｅ钝化保护薄膜；降温后取出镀膜架，再放入镀膜机中，在激光器ｂａｒ条的钝化保护薄膜之上镀上增透膜和高反膜。本发明专利技术有效去除了腔面氧化层和表面态，减少了对腔面的损伤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体激光器的腔面钝化
，尤其是一种GaAs基半导体激光 器的腔面钝化方法，能够有效地提高激光器的输出功率和可靠性。
技术介绍
由于半导体激光器具有制作简单，体积小，重量轻，寿命长，波长范围宽，易于调制 这些优点，在工业、军事、医学等领域得到了广泛的应用，包括光纤通信、光盘读写、泵浦固 体激光器、泵浦光纤激光器、工业加工、激光医疗、军事国防等，而激光器的功率输出和可靠 性是这些应用得以实施和推广的重要先决条件。腔面灾变光学损伤(COD)对于半导体激光器来说，一直是限制光输出功率和可靠 性的一个重要因素。COD的产生是由于半导体激光器腔面解理会在腔面处形成缺陷即表面 态，如果不是在超高真空下解理，腔面会迅速氧化而使表面态密度进一步增加，这些都是非 辐射复合中心。电注入时这些表面态会由于其在带隙之间而成为载流子俘获中心，因此载 流子可以向腔面扩散。这些载流子在光增益过程中会吸收光子产生电子空穴对，从而产生 非辐射复合，引起腔面处温度升高，腔面升温一方面会使腔面缺陷运动和局部变热，另一方 面会使腔面材料带隙收缩，加剧光子吸收，使腔面温度进一步升高。当输出功率达到某一程 度时，使这一过程进入恶性循环，最终导致腔面灾变光学损伤这一不可恢复性的破坏。因 此，提高大功率半导体激光器的COD产生功率和寿命是大功率半导体激光器生产工艺中极 为重要的环节。目前，国际上通常采用的技术有(1)真空解理镀膜，(2)采用特殊材料进行腔面 钝化，如Ga2O3，Si，ZnSe, (3)离子清洗腔面，再镀上钝化保护膜。真空解理技术比较复杂， 仪器成本很高；直接镀上钝化膜，对腔面氧化层这样的表面态的减少没有效果；离子清洗 方法比较简单，但对氧化和界面态的去除效果不理想，同时离子轰击形成的表面在粗糙度 上也不如湿法腐蚀的好。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种GaAs基半导体激光器的腔面钝化方 法，以有效地去除腔面氧化层和表面态，减少对腔面的损伤，并降低操作复杂度。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了，该方 法包括步骤1 将解理好的激光器bar条放入硫化氨溶液中浸泡，对激光器bar条进行钝 化处理，并在激光器bar条的前腔面和后腔面上沉积一层硫钝化层；步骤2 用去离子水冲洗bar条，并用丙酮、异丙醇脱水后再用氮气吹干，然后装上 镀膜架，放入MOCVD仪器中；步骤3 对MOCVD仪器抽真空，开烘烤加热，并通入保护气体；步骤4 先升高衬底温度，将硫钝化层中的非晶硫层升华，然后通入生长源，在硫钝化层上外延生长一层ZnSe钝化保护薄膜；步骤5 降温后取出镀膜架，再放入镀膜机中，在激光器bar条的钝化保护薄膜之 上镀上增透膜和高反膜。上述方案中，步骤1中所述将解理好的激光器bar条放入硫化氨溶液中浸泡，对激 光器bar条进行钝化处理，是去除前腔面和后腔面上面的氧化膜。上述方案中，步骤4中所述先升高衬底温度，将硫钝化层中的非晶硫层升华，是先 将衬底温度升到300°C，并持续30分钟，将硫钝化层中的非晶硫层升华。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、本专利技术采用的溶液先钝化处理再外延生长钝化层，是一种简便易行的提高半导 体激光器COD和可靠性的方法，可以有效地去除腔面氧化层和表面态，并且使用MOCVD外延 生长钝化薄膜，对腔面没有损伤，不会带来缺陷等表面态或界面态，方法简单，易于操作，效 果明显，适用于一切GaAs衬底的边发射半导体激光器。2、本专利技术提出的这种GaAs基半导体激光器的腔面钝化方法，步骤简单，可以有效 地去除激光器腔面氧化，减少腔面的表面态，同时，通过在激光器的前后腔面引入了硫钝化 层和ZnSe钝化保护薄膜作为非吸收窗口，减少腔面的非辐射复合和腔面发热，提高器件的 腔面灾变光学损伤(COD)阈值，因此可以大大提高器件的输出功率、可靠性和寿命。附图说明图1为本专利技术提供的GaAs基半导体激光器的腔面钝化的方法流程图；图2为依照本专利技术实施例解理的激光器bar条的示意图；图3为依照本专利技术实施例在(NH4)2S溶液中处理后的激光器bar条的示意图；图4为依照本专利技术实施例激光器bar条装入镀膜架后的结构示意图；图5为依照本专利技术实施例外延生长ZnSe钝化保护薄膜后的激光器bar条的示意 图；图6为依照本专利技术实施例镀上高反增透膜后的激光器bar条的示意图。 具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，图1为本专利技术提供的GaAs基半导体激光器的腔面钝化的方法流程 图，该方法包括步骤1 将解理好的激光器bar条放入硫化氨溶液中浸泡，对激光器bar条进行钝 化处理，并在激光器bar条的前腔面和后腔面上沉积一层硫钝化层；步骤2 用去离子水冲洗bar条，并用丙酮、异丙醇脱水后再用氮气吹干，然后装上 镀膜架，放入MOCVD仪器中；步骤3 对MOCVD仪器抽真空，开烘烤加热，并通入保护气体；步骤4 先升高衬底温度，将硫钝化层中的非晶硫层升华，然后通入生长源，在疏 钝化层上外延生长一层ZnSe钝化保护薄膜；步骤5 降温后取出镀膜架，再放入镀膜机中，在激光器bar条的钝化保护薄膜之 上镀上增透膜和高反膜。 其中，步骤1中所述将解理好的激光器bar条放入硫化氨溶液中浸泡，对激光器 bar条进行钝化处理，是去除前腔面和后腔面上面的氧化膜。步骤4中所述先升高衬底温 度，将硫钝化层中的非晶硫层升华，是先将衬底温度升到300°C，并持续30分钟，将硫钝化 层中的非晶硫层升华。基于图1所示的GaAs基半导体激光器的腔面钝化的方法流程图，图2、图3、图4、 图5和图6示出了依照本专利技术实施例提供的GaAs基半导体激光器的腔面钝化方法，其具体 实施步骤包括步骤1 将解理好的激光器bar条1放入硫化氨溶液中浸泡，进行钝化处理，去除 前腔面11和后腔面12上面的氧化膜。由于解理后的前腔面11和后腔面12容易被氧化形 成Ga2O3和砷氧化物，将激光器bar条1放入(NH4)2S溶液(含硫量> 8% )中室温钝化处 理10分钟，可以有效地去除前腔面11和后腔面12上面的氧化膜，同时，会在前腔面11和 后腔面12上面沉积一层薄薄的硫钝化层13，如图2所示。该硫钝化层13由原子硫层和非 晶硫层组成，可以防止前腔面11和后腔面12继续被氧化，起到保护腔面的作用。对于钝化时间和温度做进一步说明对GaAs材料，室温时，需要十个小时左右的 钝化时间，60°C时，钝化时间可缩减到10分钟才能更好的去除腔面氧化膜。但是，由于激光 器自然解理的平行腔面在钝化时极易被破环，影响激光振荡。所以激光器bar条1在硫化 氨溶液中处理的时间约为室温10分钟。步骤2 钝化后的bar条1用去离子水冲洗2分钟以上，并用丙酮、异丙醇脱水，脱 水时稍微加热，加速蒸发。然后用氮气吹干，立即装上镀膜架2，放入MOCVD仪器中。将bar 条1装入镀膜架2时使bar条1的前腔面11朝上，后腔面12朝下，并且bar条1之间紧密 排列，不能留有缝隙，便于下一步在bar条1的前腔面11和后腔面12上继续蒸镀薄膜。步骤3 将MOCVD仪器抽真空，当真空度低于I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＧａＡｓ基半导体激光器的腔面钝化方法，其特征在于，该方法包括：步骤１：将解理好的激光器ｂａｒ条放入硫化氨溶液中浸泡，对激光器ｂａｒ条进行钝化处理，并在激光器ｂａｒ条的前腔面和后腔面上沉积一层硫钝化层；步骤２：用去离子水冲洗ｂａｒ条，并用丙酮、异丙醇脱水后再用氮气吹干，然后装上镀膜架，放入ＭＯＣＶＤ仪器中；步骤３：对ＭＯＣＶＤ仪器抽真空，开烘烤加热，并通入保护气体；步骤４：先升高衬底温度，将硫钝化层中的非晶硫层升华，然后通入生长源，在硫钝化层上外延生长一层ＺｎＳｅ饨化保护薄膜；步骤５：降温后取出镀膜架，再放入镀膜机中，在激光器ｂａｒ条的钝化保护薄膜之上镀上增透膜和高反膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡理科，熊聪，祁琼，王冠，马骁宇，刘素平，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]